<Desc/Clms Page number 1>
Procède de fabrication d'électrodes
La présente invention se rapporte aux électrodes em- ployées dans les fours électriques, par exemple pour l'obtention par électrolyse de certains métaux., et elle a pour objet une addition à la matière de l'anode présentant de grands avantage dans l'exécution du procédé.
Gn sait que des essais ont déjà été faits précédemment dans l'électrolyse par fusion pour conduire à travers l'anode la matière première qu'il s'agit de décomposer parl'électrolyse.
Cn a par exemple essaye de mélanger à l'anode la quantité de MgO consommée dans l'électrolyse du Mg, pour éviter de cette manière toute autre addition de MgO dans le four. Toutefois ceci s'est revé- lé inapplicable dans la pratique, car la résistance électrique de l'anode devient trop grande. Si l'on mélange par exemple le MgC avec la substance calcinée et si l'on utilise ce mélange de la manière habituelle pour la fabrication des électrodes on ob- tient déjà avec une addition de 10% environ de MgC une électrode présentant une résistance électrique d'environ 250 ohms/m/mm2 au lieu de la résistance normale d'environ 80 obms/m/mm2. En raison de la grande chute de tension qui se produit dans une telle électrode, celle-ci serait d'un emploi très peu économique en ser- vice.
Pour obtenir une électrode spéciale d.e ce genre de qua- lité aussi homogène que possible, on a proposé en outre de pro- céder d'une manière spéciale, en mélangeant d'abord du MgG et du brai par exemple à une température appropriée, en calcinant ensuite ce mélange, puis en le broyant. On ajoute alors un ag- glomérant à ce mélange broyé, après quoi on calcine éventuellement le nouveau mélange et on le broie pour y ajouter de nouveau de l'agglomérant. On peut répéter ce processus jusqu'à ce qu'on obtienne la teneur désirée de MgO dans l'électrode.
Une électrode fabriquée de cette mamièrecontiendra donc une certaine quantité de MgO et lorsqu'on effectuera une électro- lyse de MgCl2 on paurra compter sur la transformation suivante, Cl se séparant à l'anode.
Mg 0 + C + C12 @ MgC12 + CG.
<Desc/Clms Page number 2>
De cette manière on obtient par l'électrolyse continuelle- ment une régénération de la marne quantité de MgCl2 que celle con- sommée pendant l'électrolyse lors de la décomposition. Ainsi qu'il a déjà été dit, on arrive toutefois bientôt en pratique, en ce qui concerne l'addition de MgC, à une limite qui ne peut être depassée sans que la, résistance électrique ne devienne trop él evé e.
La présente invention utilise aussi pour l'électrode une addition des matières premières de l'électrolyse. Toutefois le but visé est ici tout à fait différent de celui décritprécé- demment. Le but de l'invention est en premier lieu de donner à l'électrode une protection superficielle en employant un ou plusieurs composés du bain qu'on mélange en proportion appropriée avec la masse brute de l'électrode.
L'invention est décrite plus complètement ci-dessous dans
EMI2.1
son application, à titre d'exemple, à la fabrication électralyts - que de l'aluminium. L'invention ne doit toutefois être limitée en aucune manière à la fabrication de l'aluminiU.111, étant donné qu'on peut aussi employer le même procédé par exemple pour la fabrication de magnésium.
Pendant l'exécution du procédé, l'électrode est soumise par suite dea haute température et de l'air ambiant à une consomption, le carbone de l'électrode étant oxydé par l'oxygène de l'air avec formation de CG et CO2 Cette consomption qui se manifeste spécialement à la. surface du bain, est parfois très préjudiciable pour le fonctionnement et provoque naturellement
EMI2.2
une consommation élevée inutile d'électrode. Il est par conséquent très important de protéger les électrodes de telle manière que cette consomption ne se produise pas.
Gn a proposé précédemment de protéger les électrodes en les enduisant à chaud d'un mélange d'oxyde métallique et de silicate de potasse. En outre,il est connu de protéger les électrodes en les entourant d'une gaine métallique dont le point de fusion est notablement plus élevé, par exemple une gaine en fer. Pour l'électrolyse de l'aluminium toutefois, ce genre-de protection ne convient pas car pour éviter l'impureté du métal produit il faut enlever la gaine de fer avant qu'elle ne pénètre dans le bain. Pour cette raison, la protection de l'électrode doit se faire au moyen d'une matière qui ne peut pas souiller le métal obtenu.
D'autres ont proposé de recouvrir la surface de l'élec-
EMI2.3
trode d'une couche de graphite avec un agglomérant ou d'a.ppliouer extérieurement sur l'électrode des plaques de matière poreuse avant la cuisson.
Suivant l'invention on obtient une certaine protection de l'électrode en mélangeant à la matière dont celle-ci est consti-
EMI2.4
tuée un oxyde du nétal qu'il s'agit de produire par x"'J11ple de l'oxyde d'aluminium. Ceci constitua une CC'1J1-:,:, protectrice lors- que le carbone qui y est contenu a été brûlé. []n 9'1"8n0 nombre d'essais qui ont été faits ont toutefois montra qu'on n'obtient ainsi qu'une faible protection. t.n outre l'oxyc1': S0 détache f'1.cilEnlpnt 'le la masse lorsque le c,3rbcnp q brûlé et n'<:'S"l1ro en tout cas pas il l'électrode une 8'11 lior8t,i():" su" isan tp de sa résistance à la consomption.
On a cependant constat: qu'on peut obtenir une bonne protection par l'addition de matières qui s'agglutinent aux températures entrant ici en considération et en garnissant l'électrode d'un revêtement agglutiné. Toutefois, il ne suffit pas d'appliquer
<Desc/Clms Page number 3>
cette matière extérieurement sur l'électrode. Pour obtenir une liaison satisfaisante avec l'électrode, il faut, comme on l'a déjà mentionné incorporer les matières qu'il s'agit d'utiliser dans la masse de l'électrode, de manière qu'elles fassent prise avec celle-ci par la cuisson lorsqu'on fait descendre l'électro- de dans le four. Les additions ne doivent naturellement pas être nuisibles pour l'électrolyse, et elles sont de préférence constituées par les substances qui sont de toutes façons néces- saires à l'électrolyse.
Au cours des essais qui ont été effectués, on a constaté que de bonnes additions peuvent être constituées par un mélange d'oxyde d'aluminium et de cryolithe contenant approximativement 5 à 15% Al2O3 qu'on ajoute à la masse de l'électrode dans une proportion de 5 à 20% par exemple. Une telle addition assure une bonne protection. De même, on a remarqué que la suie écumée des fours d'aluminium et renfermant à peu près 40 80% d'éléments constitutifs du bain convient très bien dans ce but étant donné qu'elle permet d'obtenir aussi un bon revêtement agglutiné.
Un troisième mode de protection peut encore être constitué,' par de vieux résidus de cathodes broyés, imbibés d'électrolyte.
Ces matières s'accumulent souvent dans les fabriques d'aluminium et leur emploi constitue un problème. L'addition mentionnée en dernier lieu s'est également avérée parfaitement propre à cet usage, mais en raison de la teneur relativement élevée en cendres du charbon des cathodes, il faut être très prudent dans l'emploi de cette- addition en considération de la pureté du métal produit.
On peut naturellement tenir compte de ces considérations aupa- ravant, en employant des charbons' de cathodes obtenus de préférence au moyen de coke de pétrole ou autres produits analogues avec une faible addition ou sans addition d'anthracite ou de coke ordi- naire.
La résistance électrique d'une électrode obtenue par cuisson d'une telle masse spéciale d'électrode avec addition d'un produit protecteur s'opposant à la consomption est naturel- le¯ment plus élevée que celle qu'on atteint en employant une masse normale pour l'électrode.
La masse spéciale assure une résistance qui atteint souvent 150 à 400 ohms/m/mm2 spécial environ, alors que normalement on obtient une résistance d'environ 80 à 100 ohms/m/mm2
Cependant, comme la consomption commence à se produire à la surface extérieure de l'électrode, il suffit de protéger la périphérie de l'électrode au moyen de cette masse spéciale et ceci peut se faire très facilement pour les électrodes à auto-cuisson, en appliquant lors de l'introduction de la masse de l'électrode, sur toute la périphérie de celle-ci, la masse spéciale sous forme de plaques de 5 cm. d'épaisseur par exemple.
A l'intérieur de celles-ci on charge alors la masse d'électrode ordinaire. A mesure que l'électrode se consume dans le four et y est- abaissee, la masse spéciale subit la cuisson en même temps que le restant de la masse de l'électrode et on obtient une enveloppe résista.nt à la consomption en parfaite liaison avec le restant de l'électrode. Comme la masse, spéciale n'a qu'une épaisseur de 5 cm. sur la périphérie de l'électrode, la conductivité élec- trique totale n'est pas-modifiée sensiblement, car toute la par- tie centrale de l'électrode est constituée par de la masse nor- male d'électrode.
On a trouvé que cette masse spéciale peut être fabriquée dans les meilleures conditions en ajoutant à la substance cal-
<Desc/Clms Page number 4>
cinée employée la quantité nécessaire de matière s'opposant à la consomption. On mélange alors le tout et on y ajoute le liant.
D'habitude on remarquera qu'on obtient la meilleure masse nro- tectrice, lorsqu'on retire de la matière calcinée un volume de
EMI4.1
matière fine égale au volume de'httatière anti-consomption" ajoutée de telle sorte qu'on obtient la composition granulométrique originale de la matière sèche.
Dans certains cas toutefois on a constaté qu'on pouvait obtenir des avantages spéciaux par l'emploi d'une autre granu- lométrie, ou par exemple, par l'emploi d'une netite addition de graphite, ce qui a pour effet de permettre à l'électrode de
EMI4.2
glisser plus facilement à travers une enveloppe fixe nl'I'!1anenb:> lorsqu'on en fait usage. Cn peut aussi obtenir le même effet en utilisant au lieu d'un mélange ordinaire de brai de goudron un liant à point d'amollissement plus élevé, de telle sorte qu'on
EMI4.3
abaisse la zone d'amollissement pour une couche extnrne de l'élec- trode.
Gn peut naturellement utiliser au lieu d'une masse brute d'électrodes des plaques de charbon ayant subi. la cuisson défini- tive, auxquelles on a ajouté préalablement une matière"anti- consomption et qu'on applique sur la périphérie des Electrodes.
Au cours d'essais circonstanciés du procédé suivant l'invention, on a constaté qu'on obtenait aussi par l'addition d'oxyde à l'électrode une certaine réduction de la perte en fluorure pendant l'exécution du procédé, le fluor formé se transformant au contact de la quantité de Al2O3 ajoutée à l'électrode. On devait d'ailleurs s'y attendre.
Mais on a remarqué qu'on pouvait
EMI4.4
obtenir pour une électrolyse'de l'aluminium des avantages parti- calièrement importants par une faible addition d'oxyde d'alumi- nium à l'électrode, l'effet d'anode étant de cette manière réduit dans une mesure absolument essentielle.
EMI4.5
Cette réduction de l'effet d'anodP par l'ar1dition d'oxy- de d'aluminium à l'électrode repose vraisemblablement sur le fait qu'on obtient de cette manière, même pendant l'effet d'ano- de, une concentration relativement élevée de Al2O3 directement en-dessous de l'électrode, de telle sorte oue cette dernière se
EMI4.6
trouve dans une certaine mesure continuellement humectéede bain, ce qui n'est pas le cas lorsqu'il s'agit d'une électrode ordinaire.
Cette humectation a pour effet de réduire la chute de tension entre l'électrode et le bain, de telle sorte que la tension tatale lors de l'effet d'anode sera notablement réduite.
Une telle réduction de la tension lors de l'effet
EMI4.7
d'anode a naturellement une grande importance pour la marche économique du four à aluminium étant donné qu'on r>r1ui t: de cette manière la consommation totale de kilowattheures aont on estime habituellement que 5 à 10% résultant des hautes tensions pendant l'effet d'anode.
Il est évident que le mieux est (le mélanger l'oxyde dans toute la masse de l'électrode, afin de pouvoir en retirer l'effet le plus complet au point de vue de la réduction de l'ef-
EMI4.8
fet d'anode. Les nuantités nécessaires ne sont nourtent Das 11''1- portantes, une teneur de à 5% produisant déjà de bons r4sul- tats. Ceci ne Drovooue qu'une augmentation dee, résistance ('Irc- trique d'environ 20 à 3d oYgns/m/mm'. Il est donc recommandait d'employer une certaine quantité réduite d'oxyde com:ne addition @
<Desc/Clms Page number 5>
dans toute la masse d'électrode tandis qu'on ajoute en outre à la masse superficielle une matière spéciale susceptible d'agglutina- tion, par exemple en fluorure.
REVENDICATIONS ---------------------------
1. - Procédé de fabrication d'électrodes de charbon dont la surface est protégée contre l'oxydation au moyen d'une couche d'éléments inorganiques incombustibles qui est ajoutée dans les couches extérieures de l'électrode à la masse dont celle-ci est constituée, caractérisé par l'emploi de combinaisons inorganiques d'une composition telle qu'elles s'agglutinent à une température inférieure à celle à laquelle l'électrode est utilisée.